La voie de signalisation biochimique de l'ATP par les globules rouges élucidée
Publié par Redbran le 04/12/2018 à 12:00
Source: CNRS INP
La compréhension des mécanismes de la signalisation biochimique, omniprésente dans le réseau vasculaire, est essentielle pour la conception de thérapies adaptées aux pathologies cardiovasculaires. La libération de l'ATP (Adénosine Triphosphate) par les globules rouges est un mécanisme majeur qui a été modélisé dans ce travail, en accord avec des expériences réalisées à Harvard.


Figure 1: Taux d'ATP en fonction de la contrainte hydrodynamique appliquée

Le réseau (Un réseau informatique est un ensemble d'équipements reliés entre eux pour échanger des informations. Par analogie avec un filet (un réseau est un « petit rets », c'est-à-dire un petit filet), on appelle nœud (node)...) vasculaire est un siège fascinant de signalisation biochimique, dans lequel participent différents types de cellules, tels les globules rouges, globules blancs, et les cellules endothéliales (qui tapissent les faces internes des vaisseaux sanguins). Une altération de cette signalisation est à l'origine de multiples dysfonctionnements menant à des pathologies. Une compréhension fine de ce problème nécessite une modélisation et simulation (Les progrès des méthodes numériques et l'augmentation des performances des ordinateurs permettent, grâce à des simulations de plus en plus détaillées, de prédire le comportement des systèmes complexes (projet Soleil,...) complexe mettant en jeu l'écoulement sanguin, son interaction (Une interaction est un échange d'information, d'affects ou d'énergie entre deux agents au sein d'un système. C'est une action réciproque qui suppose l'entrée en contact de sujets.) avec l'endothélium et les réactions et transport (Le transport est le fait de porter quelque chose, ou quelqu'un, d'un lieu à un autre, le plus souvent en utilisant des véhicules et des voies de communications (la route, le canal ..). Par assimilation, des...) des éléments biochimiques mis en jeu. Une telle modélisation est longtemps restée comme un défi majeur que des chercheurs du Laboratoire interdisciplinaire (Un travail interdisciplinaire intègre des concepts provenant de différentes disciplines.) de physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens général et...) (LIPhy, CNRS/Université Grenoble Alpes), en collaboration avec le Laboratoire ondes (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible de propriétés physiques locales. Elle transporte de l'énergie sans transporter de matière.) et matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état solide, l'état liquide, l'état gazeux. La matière...) d'Aquitaine (LOMA, CNRS/Université Bordeaux) et le Laboratoire d'hydrodynamique de l'École Polytechnique (LadHyX, CNRS/X) viennent de relever. Pour illustrer leur travail, les chercheurs ont pris comme exemple la libération de l'ATP – la source majeure d'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) de l'organisme – par les globules rouges.

Les globules rouges sont communément connus comme des cargos d'oxygène (L’oxygène est un élément chimique de la famille des chalcogènes, de symbole O et de numéro atomique 8.). En réalité, ils transportent également l'ATP. Par exemple, en cas de manque d'oxygène, l'ATP est libérée par les globules rouges pour entrainer une vasodilatation et donc augmenter le flux (Le mot flux (du latin fluxus, écoulement) désigne en général un ensemble d'éléments (informations / données, énergie, matière, ...) évoluant dans un sens commun. Plus précisément le terme est...) sanguin. Une chute de libération d'ATP par les globules rouges est associée à des pathologies comme le diabète (Le diabète présente plusieurs formes, qui ont toutes en commun des urines abondantes (polyurie). Le mot « diabète » vient du grec ancien dia-baïno, qui signifie...) de type II et la fibrose kystique (maladie génétique (La génétique (du grec genno γεννώ = donner naissance) est la science qui étudie l'hérédité et les...) qui touche principalement les poumons et le système digestif). La libération de l'ATP par les globules rouges est un processus impliquant un changement de conformation (En chimie, la conformation d'une molécule est l'arrangement spatial des atomes qui la composent. Les molécules dans lesquelles les atomes sont liés chimiquement de la même façon, mais dans lesquelles...) de protéines membranaires et la modélisation des mécanismes mis en jeu est longtemps restée un grand défi pour les scientifiques.

Dans ce travail, les chercheurs ont proposé un modèle de libération qui met en jeu deux mécanismes. Le premier consiste en l'existence d'un seuil en contraintes hydrodynamiques dû à l'écoulement sanguin ressenti par les globules rouges, qui induit (L'induit est un organe généralement électromagnétique utilisé en électrotechnique chargé de recevoir l'induction de l'inducteur et de la transformer en...) un changement de conformation d'une protéine (Une protéine est une macromolécule biologique composée par une ou plusieurs chaîne(s) d'acides aminés liés entre eux par des liaisons peptidiques. En général, on parle de...) membranaire permettant la libération locale de l'ATP. Le second mécanisme est relié à la déformation des globules rouges. Si la courbure (Intuitivement, courbe s'oppose à droit : la courbure d'un objet géométrique est une mesure quantitative du caractère « plus ou moins courbé » de cet...) membranaire de ceux-ci dépasse une valeur critique, des défauts sont créés dans le réseau d'actine sous-jacent, lesquels s'agrègent sur une autre protéine stimulant (Un stimulant est une substance qui augmente l'activité du système nerveux sympathique facilitant ou améliorant certaines fonctions de...) à son tour la libération de l'ATP. En proposant ce modèle et en le résolvant numériquement par la méthode "Boltzmann sur réseau", un bel (Nommé en l’honneur de l'inventeur Alexandre Graham Bell, le bel est unité de mesure logarithmique du rapport entre deux puissances, connue pour exprimer la puissance du son....) accord est obtenu entre le modèle et des résultats issus d'expériences récentes in vitro (In vitro (en latin : « dans le verre ») signifie un test en tube, ou, plus généralement, en dehors de l'organisme vivant ou de la cellule. Un exemple est la fécondation in vitro (FIV). À côté de...) réalisées à l'Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission (études supérieures). Aux États-Unis, au moment où les...) de Harvard (Fig.1). De plus, cette étude met en lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs d'onde de 380nm (violet) à 780nm (rouge). La lumière est intimement...) le rôle important joué par les bifurcations du réseau vasculaire qui amplifient fortement la libération de l'ATP (Fig. 2).


Figure 2: Un globule rouge montrant une grande amplification (On parle d'amplificateur de force pour tout une palette de systèmes qui amplifient les efforts : mécanique, hydraulique, pneumatique, électrique.) de la libération d'ATP (couleur foncée) au niveau de la bifurcation

Ce travail ouvre de nombreuses perspectives pour la simulation systématique (En sciences de la vie et en histoire naturelle, la systématique est la science qui a pour objet de dénombrer et de classer les taxons dans un certain ordre, basé sur des principes divers. Elle ne doit pas...) mettant en jeu les écoulements sanguins et la signalisation biochimique dans les réseaux vasculaires. Il devrait contribuer à comprendre comment la signalisation biochimique est impliquée dans des pathologies cardiovasculaires. Par exemple, il peut élucider la question de comment la distribution de l'ATP est altérée dans les réseaux vasculaires de patients atteints de diabète, et par là même de mieux guider les recherches en vue (La vue est le sens qui permet d'observer et d'analyser l'environnement par la réception et l'interprétation des rayonnements lumineux.) de la mise au point (Graphie) de thérapies appropriées.

Référence publication:
ATP Release by Red Blood Cells Under Flow: Model and Simulations
Hengdi Zhang, Zaiyi Shen, Brenna Hogan, Abdul I. Barakat et Chaouqi Misbah
Biophysical Journal, (2018)
DOI: 10.1016/j.bpj.2018.09.033

Contact chercheur:
Chaouqi Misbah, directeur de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension métonymique, la recherche scientifique désigne...) au CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand organisme de recherche scientifique public français (EPST).)

Informations complémentaires:
Laboratoire interdisciplinaire de physique (LIPhy, CNRS/Univ. Grenoble Alpes)
Laboratoire ondes et matière d'Aquitaine (LOMA, CNRS/Univ. Bordeaux)
Laboratoire d'hydrodynamique de l'École Polytechynique (LadHyX, CNRS/X)
Page générée en 0.021 seconde(s) - site hébergé chez Amen
Ce site fait l'objet d'une déclaration à la CNIL sous le numéro de dossier 1037632
Ce site est édité par Techno-Science.net - A propos - Informations légales
Partenaire: HD-Numérique